はじめに 自閉症スペクトラム障害（ASD）や注意欠陥・多 動性障害（ADHD）などに代表される発達障害は遺 伝的要因のみならず，環境的要因も大きく関与して いる15，25）。近年，わが国の発達障害患者の増加現象 の要因も，遺伝要因（遺伝子変異）では説明しづら いため，環境要因によるものと推察できる。特に胎 児期・乳幼児期の成育環境が DNA のメチル化やヒ ストン修飾に代表されるエピジェネティックな遺伝 子発現調節因子の異常を引き起こし，発達障害の発 症や重症化につながることが示唆されている23，29）。 近年，自閉症やレット症候群患者由来の iPS 細胞 が樹立されたことで，新たな疾患モデル細胞として 病態解明研究のみならず，治療薬の開発に向けた研 究が行われつつある。 本稿では神経発達障害とエピジェネティクス病態 研究の最新知見を中心に，環境要因によるエピジェ ネティクス変化と発達障害の関与，治療戦略につい ても考察する。 1．自閉症とエピジェネティクス 近年，いくつかの遺伝子のメチル化パターンと自 閉症病態との関連が報告されている24，29）。オキシト シン関連遺伝子の欠損や異常が自閉症の社会性障害 の原因でないかと考えられている8，31）。さらにオキ シトシン受容体（OXTR）遺伝子のプロモーター領 域のメチル化による OXTR 遺伝子の発現低下と自 閉症の関与もマウスやヒトの研究で明らかになっ た10，21）。また OXTR 遺伝子プロモーターのメチル 化が男性自閉症患者でのみ有意に増加している領域 があったことから自閉症患者の男女差が DNA メチ ル化の違いによるものかもしれない10）。 また，シナプス関連遺伝子のエピジェネティック な発現調節異常が自閉症病態に関与しているのでは ないかと考えられている28，30）。シナプスの足場蛋白 質である SHANK3 やシナプス間接着分子である NLGN3，4 のコピー数多型や変異が自閉症や知的 障害，統合失調症などと関連することが報告されて いる18）。SHANK3 が DNA メチル化により組織・時 期特異的に発現調節を受けることは報告5）されてい るが，自閉症発症との関連はまだ証明されていない。 しかしながら最近，アミロイド蓄積による記憶障害
Recent findings of epigenetic mechanisms in neurodevelopmental disorders
＊山梨大学大学院医学工学総合研究部環境遺伝医学講座（〒 409─3898 山梨県中央市下河東 1110）Kunio Miyake, Takeo Kubota：
Department of Epigenetic Medicine, University of Yamanashi. 1110 Shimokato, Tyuo, Ymamanashi 409─3898, Japan 【三宅 邦夫 E─mail：kmiyake@yamanashi.ac.jp】
4．発達障害のエピジェネティクス病態の最新理解
三宅 邦夫＊ 久保田健夫＊ 抄録：遺伝的・環境的要因による調節機構の破綻が神経発達障害の発症や病態に関与していることが 知られている。エピジェネティックな遺伝子発現機構の中心分子をコードする MECP2 はレット症候群 の原因遺伝子であるだけでなく，自閉症や成人精神疾患にもかかわることがわかってきた。また，こ れらの病態に神経細胞とともにグリア細胞も関与していることが判明し，これらの患者から作製され た iPS 細胞を用いた治療薬開発研究も盛んになりつつある。さらに妊娠中の喫煙や飲酒，残留性有機汚 染物質の曝露によって生じた胎児の DNA メチル化異常が，自閉症や注意欠陥 / 多動性障害などの発達 障害の発症要因となりえることも明らかにされつつある。このようなエピジェネティックな変化には 可逆性があることから，これを修復する薬物よる治療法の確立が期待されている。 日本生物学的精神医学会誌 26（1）：21─25, 2015Key words：Epigenetic，DNA methylation，HDAC inhibitor，Autism，Rett symdrome
がシナプス関連分子である NLGN1 のエピジェネ ティックな遺伝子発現抑制により引き起こされるこ とが報告された6）。したがって今後，シナプス関連 遺伝子のエピジェネティクス発現調節異常と発達障 害疾患との関連性の解明が期待されている。 2．レット症候群 レット症候群は，てんかんや自閉症を主徴とする 進行性の神経発達障害であり，その原因が MECP2 遺伝子変異であることが明らかにされた。この遺伝 子がコードする MeCP2 蛋白質はメチル化シトシン （5mC）に結合し，エピジェネティックな遺伝子発 現調節を行う重要な転写因子である。これまで
MeCP2は HDAC や Sin3A などと複合体を形成する
ことで標的遺伝子の発現を抑制すると考えられてき たが近年，MeCP2 が遺伝子発現の促進にも関与し ていることが報告された4）。また神経細胞において 活性化している遺伝子領域は高いハイドロキシメチ ル化（5hmC）を示し，5hmC に MeCP2 が結合する ことが示された3）。したがって MeCP2 は 5mC に も 5hmC にも結合し，それぞれヘテロクロマチン， ユークロマチンに寄与していると考えられる。また MECP2変異がなくても MeCP2 が適切に発現調節 されないことで，性分化異常や自閉症，精神疾患の 原因になることが報告された1，20）。 さらに，従来 MeCP2 は神経細胞に特異的に発現 し，MeCP2 の神経細胞における機能障害が，レッ ト症候群の神経病態を形成すると考えられてきた が，近年，MeCP2 は神経細胞だけでなくその周囲 のグリア細胞でも発現し，その機能に重要な働きを していることがわかってきた。実際，Mecp2 変異 マウスのアストロサイトやミクログリアと正常マウ スの神経細胞を共培養すると，神経細胞の神経突起 形成やシナプス機能に異常を引き起こすことが示 された2）。一方，Mecp2 欠損マウスにおいてアスト ロサイトもしくはオリゴデンドロサイト特異的に MeCP2を回復させることで神経突起形成や機能が 改善すること，不安様行動などの行動異常を改善す ることも示された7，17，26）。これらの報告からグリア 細胞における MeCP2 機能不全がレット症候群の病 態に大きく関与していることから今後，グリア細胞 を標的とした治療法の開発も必要であると考えら れる。 近年，レット症候群患者から樹立した iPS 細胞 （RTT─iPSCs）を用いた研究が報告された。従来行 われてきたモデルマウスや患者の死後脳を用いた神 経病理学的な所見と同様に，RTT─iPSCs から分化 誘導した神経細胞は神経細胞体や突起数の減少，神 経細胞の成熟異常が確認された22）。また MECP2 変 異を有するレット症候群患者から樹立した iPS 細胞 と第 2 の遺伝子 CDKL5 に変異を有するレット症候 群患者から樹立した iPS 細胞の比較研究から，両者 に共通してグルタミン酸受容体遺伝子 GRID1 の発 現異常が見い出され，GRID1 発現が iPS 細胞では 減少しているのに対し，これから誘導した神経前駆 細胞や成熟神経細胞においては増加していることが 明らかにされた19）。今後，患者 iPS 細胞を神経分化 させた材料を用いた病態解明研究に加え，治療薬開 発研究が実施されていくものと思われる。 3．発達障害における環境化学物質と エピジェネティクス ASD には種々な環境リスク要因が想定されてい る9）。特に胎児期の母体環境とエピジェネティクス 変化は後天的な発達障害の要因として重要であると 考えられる。妊娠中のマウスにプラスティック製品 に含まれるビスフェノール A（BPA）を投与された 仔マウスは自閉症を含む神経発達障害を示すことが 報告されている29）。これらのマウスは DNA のメチ ル化が高まっていることがわかっていた。最近， BPA曝露によるモデルマウスにおける海馬と血液 において BDNF 遺伝子の高メチル化による遺伝子 の発現が抑制されていることが示された16）。さらに 妊娠期の母親の血液を用いた解析から，BPA に曝 露されていた群ではマウスの結果と同様に BDNF 遺伝子でメチル化が高くなっていた9）。BDNF 遺伝 子は発達障害のみならずうつ病や統合失調症などの 精神疾患にも関与していることから，血液を用いて BDNF遺伝子のメチル化測定が早期のバイオマー カーとして利用できるかもしれない。 これまで有害な環境化学物質が ASD や ADHD な どの小児の神経発達障害の発症を引き起こす可能性 があることがモデル動物や疫学研究から指摘されて きた。例えば，出生コホート研究から出生前の残留 性有機汚染物質（POPs）曝露や母親の妊娠中の喫 煙と DNA メチル化との関与が明らかにされ，母親 の血液中のジクロロジフェニルトリクロロエタン （DTT）やポリ塩化ビフェニル（PCB）濃度が高い と生まれてきた子供の Alu や LINE─1 のメチル化 が低下していることが明らかにされた12）。また動 物モデルや疫学調査から妊娠中の喫煙やアルコー ルが ADHD の発症と関与も指摘されるようになっ
た14，27）。またエピジェネティックな変化として，喫 煙習慣のある母親から生まれた子供は AHRR や TSLP領域の DNA メチル化が低下していることが 報告された13，34）。 近年，簡便な網羅的メチル化解析法の登場により 多数の自閉症集団対象とした環境要因と DNA のメ チル化の関連研究が始まった。今後，有害な環境化 学物質によるエピジェネティクス異常を介した神経 発達障害発症メカニズムが明らかにされることが期 待されている。 4．薬物とエピジェネティクス エピジェネティクスの本体が可逆的な DNA やヒ ストン蛋白質上の化学修飾基の着脱であることか ら，この可逆性に根ざしたがんや神経変性疾患に対 する薬剤開発が行われている。 その一方，既存の薬剤の中にはエピジェネティク ス状態を変化させる作用を示すものが判明した。具 体的には，うつ病のモデルマウスに対し抗うつ薬の イミプラミンを投与することで BDNF プロモー ターのヒストン修飾を抑制タイプから活性タイプに 変化させ，発現を回復させる効果があることが報告 された33）。我々は，その他の抗うつ薬もヒストン修 飾と発現の回復作用があることを見出した（論文投 稿中）。 精神疾患やてんかん発作に頻用されているバルプ ロ酸ナトリウム（VPA）にもエピジェネティックな ヒストン脱アセチル化（HDAC）阻害作用があるこ とが判明した。これを妊娠 12.5 日のマウスに投与 すると新生仔に自閉症様の症状が認められ，この自 閉症モデルマウスに生後 4 週齢から VPA と同様に HDAC阻害作用を有する酪酸ナトリウムを投与す ると新規探索行動異常や樹状突起数の減少といった 自閉症所見が改善することが報告された32）。これら の結果から HDAC 阻害剤は胎児期では疾患を誘導 するが，生後はこれを改善するというパラドキシカ ルな作用を有する作用，すなわち時期により薬剤の エピジェネティクス効果が逆転することを示唆して いる。同様に，レット症候群モデルマウスに対し 6 週齢から 2 週間 VPA を投与したところ神経学的異 常が軽減することも報告された11）。網羅的遺伝子発 現解析により VPA 投与によりさまざまな遺伝子の 発現を変える作用があることも判明し（三宅ら，未 発表データ），HDAC 阻害剤はエピジェネティック な遺伝子発現を回復させてレット症候群の症状を改 善させる薬となるかもしれない。神経発達障害はシ ナプス関連遺伝子をはじめとする多数の遺伝子の発 現調節異常が原因であると考えられることから，発 達障害の治療薬の開発を考えるうえで特定の少数の 遺伝子ではなく，多数の遺伝子の発現をまとめて改 善させられる広範なエピジェネティックな作用を有 する化合物が薬剤として有力である可能性が考えら れる。 おわりに 本稿では，神経発達障害におけるエピジェネティ クス発現調節機構に焦点をあて，最新の知見を紹介 した。エピジェネティクス異常は遺伝的要因でも環 境的要因でも引き起こされ疾患の発症や症状の進 行，重症化に関与しているが，薬や生活環境により 異常なエピジェネティクス状態を改善させることで 神経発達障害の治療や症状の緩和につながると考え られる。今後，神経発達障害や精神疾患の分野でも 臨床的に使用可能なエピジェネティクス治療薬や 診断法の開発を目指した研究が期待される。 文 献
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■ ABSTRACT
Recent findings of epigenetic mechanisms in neurodevelopmental disorders
Kunio Miyake，Takeo Kubota
Department of Epigenetic Medicine, University of Yamanashi
Disruptions of epigenetic mechanisms are known to be causative for several neurodevelopmental disorders such as
autism, rett syndrome（RTT）, attention deficit hyperactive disorder（ADHD）. RTT is caused by mutation in the X─linked
gene methyl─CpG binding protein 2（MECP2）. MeCP2 has a lot of targets and complex roles that encompass activating or
repressing gene transcription, regulating chromatin remodeling, and altering non─ coding RNAs. Although MeCP2 is
important for neuronal function, recent studies suggest that glial cells, such as astrocytes, oligodendrocytes and microglia, likely control the progression of RTT. Recently, several works have described the generation and characterization of iPSC─
derived neurons from autism and RTT patients. Neurons differentiated from RTT─iPSCs showed the recapitulation of RTT
phenotypes. The iPSCs make a contribution to not only underlying of RTT pathology but also development of new therapeutic agents. Furthermore, early─life adversity increases the risk for neurodevelopmental disorders. The underlying
mechanism suggests that prenatal exposures to tobacco smoke, alcohol and persistent organic pollutants cause aberrant DNA methylation patterns. Because epigenetic mechanisms are intrinsically reversible, there are great hopes that epigenetic drugs have been conducting for treatment of neurodevelopmental disorder.
